JPH02189931A - Bipolar transistor - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明はへテロ構造を有するバイポーラトランジスタ、
特にその材料に関するものである。Detailed Description of the Invention (Industrial Application Field) The present invention relates to a bipolar transistor having a heterostructure,
In particular, it concerns the material.
（従来の技術）
従来のバイポーラトランジスタ材料としては、Ｓｉバイ
ポーラトランジスタにおいては、エミッタ、ベース、コ
レクタはすべてＳｉを用い、ＩＩＩ −Ｖ化合物半導体
においては、エミッタにＡｌＧａＡｓ、ベースとコレク
タにＧａＡｓを用いるなどして高速のトランジ・スタを
得ていた。しかしＳｉでは電子の速度が小さいため高速
性は今一つ遅く、ＧａＡｓを用いたトランジスタでは、
電子速度はかなり改善されたもののまだ小さく、またエ
ミッタ及びコレクタのコンタクト抵抗が大きいため、そ
れによる高速性の制限がある。さらに、エミッタ、ベー
ス、コレクタと３層構造にし、そのうえに電極をとらな
ければならず、構造が少し複雑になるなどの問題点があ
った（例えば、Ｈ，ＫＲＯＥＭＥＲ”へ−ｒ 凹構造バ
イポーラトランジスタと集積回路”Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎ
ｇ ＩＥＥＥ Ｖｏｌ、 ７０゜１９８２、 Ｐ、 １
３）。(Prior art) As conventional bipolar transistor materials, Si bipolar transistors use Si for the emitter, base, and collector, and III-V compound semiconductors use AlGaAs for the emitter and GaAs for the base and collector. and obtained high-speed transistors. However, in Si, the speed of electrons is low, so the high speed is rather slow, and in transistors using GaAs,
Although the electron speed has been improved considerably, it is still small, and the contact resistance between the emitter and collector is large, which limits the high speed. Furthermore, there were problems such as a three-layer structure consisting of an emitter, base, and collector, as well as an electrode on top of that, which made the structure a little complicated (for example, a recessed bipolar transistor). Integrated circuit “Proceedin”
g IEEE Vol, 70°1982, P, 1
3).
（発明が解決しようとする課題）
従来材料を用いたバイポーラトランジスタでは、電子速
度が遅く、エミッタ、コレクタへのコンタクト抵抗が大
きく、また構造が複雑であるという問題点を持っていた
。(Problems to be Solved by the Invention) Bipolar transistors using conventional materials have the problems of slow electron velocity, high contact resistance to the emitter and collector, and a complicated structure.
本発明の目的は、このような問題点を解決し、より高速
で構造が簡単なバイポーラトランジスタを提供すること
にある。An object of the present invention is to solve these problems and provide a bipolar transistor that is faster and has a simpler structure.
（課題を解決するための手段）
本発明は、バイポーラトランジスタにおいて、エミッタ
材料として金属を用い、ベース月相、にｐ型ＩｎＡｓを
用いコレクタ材料としてｎ型ＩｎＡｓまたは金属を用い
ることを特徴とする。(Means for Solving the Problems) The present invention is characterized in that, in a bipolar transistor, a metal is used as an emitter material, p-type InAs is used as a base phase, and n-type InAs or a metal is used as a collector material.
（作用）
バイポーラトランジスタ材料として、本発明によるもの
を用いた場合、バイポーラトランジスタ動作することか
ら先ず最初に説明する。金属とＩｎＡｓを接触させた場
合、金属のフェルミ準位は、ＩｎＡｓの伝導帯の底から
０．２ｅＶ上になる。そのため第１図のように、金属１
とｐ型ＩｎＡｓ２を接触させると、ｐ型ＩｎＡｓ２にお
いては、金属との界面付近では、ＩｎＡｓの伝導帯４と
価電子帯５は図のように変形する。このため、金属中の
電子がＩｎＡｓの伝導帯を通って反対側に抜けるのに必
要なエネルギーは、ＩｎＡｓのバンドギャップに相当す
るエネルギーでよい。他方ｐ型ＩｎＡｓ中の正孔が金属
側に抜けるには、ＩｎＡｓのバンドギャップよりさらに
０．２ｅＶ高いエネルギーが必要である。そのため、も
し金属に対しｐ型ＩｎＡｓを正にバイアスすれば、金属
からＩｎＡｓへの電子電流と１［ｎＡｓから金属への正
孔電流が流れることになるが、この２つの電流のうち、
電子電流が正孔電流より圧倒的に多くなる。第１図の構
造の右側に金属またはｎ型ＩｎＡｓをつけ、ｐ型１ｎＡ
ｓよりも正にバイアスすれば、上記の電子電流を右側の
金属またはｎ型ＩｎＡｓ側に集めることができる。他方
ｐ型ＩｎＡｓ中の正孔電流は／Ｊ１；５＜保つことがで
きる。これはバイポーラトランジスタ動作であり、金属
、ｐ型ＩｎＡｓ、金属またはｎ型ＩｎＡｓをそれぞれ、
エミッタ、ベス、コレクタとずれば、本発明のバイポー
ラトランジスタ相別ｔなる。第２図及び第３図に本発明
の材料として、コレクタにｎ型ＩｎＡｓを用いたときと
金属を用いたときのトランジスタのバンド構造を、それ
ぞれについて示す。(Function) First, it will be explained that when the material according to the present invention is used as a bipolar transistor material, it operates as a bipolar transistor. When a metal and InAs are brought into contact, the Fermi level of the metal is 0.2 eV above the bottom of the conduction band of InAs. Therefore, as shown in Figure 1, metal 1
When the p-type InAs2 is brought into contact with the p-type InAs2, the conduction band 4 and valence band 5 of the InAs deform as shown in the figure near the interface with the metal. Therefore, the energy required for electrons in the metal to pass through the conduction band of InAs to the opposite side may be energy corresponding to the band gap of InAs. On the other hand, in order for holes in p-type InAs to escape to the metal side, an energy higher than the band gap of InAs by 0.2 eV is required. Therefore, if p-type InAs is positively biased with respect to the metal, an electron current from the metal to InAs and a hole current from 1[nAs to the metal will flow, but of these two currents,
Electron current becomes overwhelmingly larger than hole current. Attach metal or n-type InAs to the right side of the structure in Figure 1, and add p-type 1nA
If the bias is more positive than s, the above electron current can be collected on the right metal or n-type InAs side. On the other hand, the hole current in p-type InAs can be maintained at /J1;5<. This is a bipolar transistor operation, with metal, p-type InAs, metal or n-type InAs, respectively.
If the emitter, base, and collector are shifted, the phase difference of the bipolar transistor of the present invention is t. FIGS. 2 and 3 show the band structures of transistors using n-type InAs and metal as the collector material of the present invention, respectively.
次に本発明による材料を用いたトランジスタの特徴につ
いて述べる。先ず電子の走行速度については、電子の走
るベース領域がＩｎＡｓであるために、ＧａＡｓなどに
比較して４倍程度高速であり、ベース通過時間を４分の
１に短縮することが可能となる。コンタクト抵抗につい
ては、エミッタ及びコレクタへのコンタクトは、エミッ
タへは金属に、コレクタには、コレクタ材料・に金属を
用いたときは金属にコンタクＩ・をとることになり、コ
レクタ材料にＩｎＡｓを用いたときは、ＩｎＡｓにコン
タクトをとることになる。金属またはＩｎＡｓへのコン
タクト抵抗は極めて小さいため、エミッタ、及びコレク
タへのコンタクト抵抗を極めて）」）さくすることがで
きる。Next, the characteristics of a transistor using the material according to the present invention will be described. First, regarding the traveling speed of electrons, since the base region in which electrons travel is made of InAs, it is about four times faster than that of GaAs, etc., and it is possible to shorten the base passage time to one-fourth. Regarding contact resistance, the emitter and collector contacts should be made of metal, and if a metal is used as the collector material, the contact should be made of metal, and if InAs is used as the collector material, the contact resistance should be made of metal. If so, we will contact InAs. Since the contact resistance to metal or InAs is extremely low, the contact resistance to the emitter and collector can be extremely low.
また、本発明のバイポーラトランジスタでは、エミッタ
に金属を用いるために、エミッタにコンタクト用の金属
を改めてつける必要がなく、ｐ型ベースであるＩｎＡｓ
のうえにエミッタを兼ねるコンタクト用金属をつけるだ
けでよく、構造が非常に簡単となる。以」二が主な特徴
である。In addition, since the bipolar transistor of the present invention uses metal for the emitter, there is no need to add contact metal to the emitter, and
It is only necessary to attach a contact metal that also serves as an emitter on top of the emitter, making the structure extremely simple. The following two are the main features.
また、ベース材料にｐ型ＩｎＡｓを用いたが、ＩｎＡｓ
の場合は、フェルミレベルのピンニングが伝導帯の上０
．２ｅＶ程度になるため、本発明の材料として使用でき
るが、他の材料は、フェルミレベルのピンニング位置が
禁制帯にあるために、使用できない。In addition, although p-type InAs was used as the base material, InAs
If the Fermi level pinning is 0 above the conduction band,
．． Since the voltage is about 2 eV, it can be used as the material of the present invention, but other materials cannot be used because the pinning position of the Fermi level is in the forbidden band.
（実施例）
第４図、及び第５図に本発明の拐料を用いたバイポーラ
Ｉ・ランジスタの例を示す。第４図はコレクタにｎ型Ｉ
ｎＡｓを用いた例であり、第５図はコレクタに金属を用
いた例である。(Example) FIGS. 4 and 5 show examples of bipolar I transistors using the coating material of the present invention. Figure 4 shows n-type I on the collector.
This is an example using nAs, and FIG. 5 is an example using metal for the collector.
第４図においては、基板２０としてＩｎＡｓを用い、そ
の」−に絶縁層１９としてＡｌＧａＳｂを５０００人、
サブコレクタ１８としてｎ型ＩｎＡｓを５０００人、コ
レクタ１７としてｎ型ＩｎＡｓを５０００人、ベース１
６としてｐ型ＩｎＡｓを１０００人成長する。In FIG. 4, InAs is used as the substrate 20, and 5000 AlGaSb is used as the insulating layer 19 on the substrate 20.
5000 n-type InAs as sub-collector 18, 5000 n-type InAs as collector 17, base 1
6, grow 1000 p-type InAs.
成長方法は例えば分子線エピタキシャル法が使用できる
。成長後トランジスタ作成プロセスでサブコレクタの上
面までメサエッチングし、表面保護膜１１として窒化膜
をつける。次にベースコンタクト金属１３としてＡｎＺ
ｎを蒸着後アロイする。その後エミッタ１２としてＡＩ
を蒸着し、コレクタコンタクト金属１５としてＡｕＧｅ
を蒸着し完了する。For example, a molecular beam epitaxial method can be used as a growth method. After growth, in the transistor fabrication process, mesa etching is performed to the upper surface of the sub-collector, and a nitride film is formed as a surface protection film 11. Next, as the base contact metal 13, AnZ
Alloyed after vapor deposition. Then AI as emitter 12
AuGe is deposited as the collector contact metal 15.
Complete the vapor deposition.
第５図においては、基板２８としてガラスを用い、その
上にコレクタ２７としてＡｕを１ｏｏｏＡ成長し、さら
に上にベース２６としてｐ型ＩｎＡｓを１００ＯＡ成長
する。成長後、コレクタの上面までメザエノチングし、
表面保護膜２１として窒化膜をつける。次にベースコン
タクト金属２３としてＡｎＺｎを蒸着後アロイする。そ
の後エミッタ２２としてＡＩを蒸着し、コレクタコンタ
クト金属２５としてＡｕを蒸着し完了する。このように
して作製したバイポーラトランジスタの特性を評価した
ところ、ＧａＡｓのバイポーラトランジスタに比べて、
電子のベース通過時間を１／４にすることができた。In FIG. 5, glass is used as the substrate 28, on which 100 OA of Au is grown as the collector 27, and 100 OA of p-type InAs is grown thereon as the base 26. After growth, mesaenoting to the top surface of the collector,
A nitride film is applied as the surface protection film 21. Next, AnZn is deposited and alloyed as the base contact metal 23. Thereafter, AI is deposited as the emitter 22, and Au is deposited as the collector contact metal 25, thereby completing the process. When the characteristics of the bipolar transistor manufactured in this way were evaluated, it was found that compared to a GaAs bipolar transistor,
It was possible to reduce the electron base passage time to 1/4.
エミッタ及びコレクタの金属はＡ１やＡｕに限らず、シ
リサイド等地の金属でも良いことは勿論である。Of course, the metal of the emitter and collector is not limited to A1 or Au, but may also be a base metal such as silicide.
（発明の効果）
以上説明したように、本発明によるバイポーラトランジ
スタ材料を用いた場合、ベースにＩｎＡｓを用いるため
に、電子のベース通過時間をＧａＡｓなとのバイポーラ
トランジスタに比べ約４分の１にすることができる。さ
らに、エミッタやコレクタへのコンタクト抵抗を非常に
小さくすることができるため、ＧａＡｓなとの従来のバ
イポーラトランジスタと比較して数倍の高速性が得られ
る。構造に関してはエミッタ材料として金属を用いるた
め、改めてコンタクト金属をつける必要がなく、簡単な
構造となる。(Effects of the Invention) As explained above, when the bipolar transistor material according to the present invention is used, since InAs is used for the base, the time for electrons to pass through the base is reduced to about one-fourth of that of a bipolar transistor made of GaAs. can do. Furthermore, since the contact resistance to the emitter and collector can be made extremely small, the speed is several times higher than that of conventional bipolar transistors such as GaAs. As for the structure, since metal is used as the emitter material, there is no need to add contact metal, resulting in a simple structure.
第１図は本発明の詳細な説明するための金属／ｐ型Ｉｎ
Ａｓのバンド構造を示す図、第２図は本発明の詳細な説
明するための金属ｌｐ型ＩｎＡｓ／ｎ型ＩｎＡｓのバン
ド構造を示す図、第３図は本発明の詳細な説明するため
の金属／ｐ型ＩｎＡｓ／金属のバンド構造を示す図、第
４図は本発明の一実施例のバイポーラトランジスタの断
面構造図、第５図は本発明の他の実施例のバイポーラト
ランジスタの断面構造図である。
１１・・・表面保護膜（窒化膜）、１２・・・エミッタ
（ＡＩ）、１３・・・ベースコンタクト金属（ＡｕＺｎ
）、１４・・・アロイ部、
１５・・・コレクタコンタクト金属（ＡｕＧｅ）、１６
・・−ベース（ｐ型ＩｎＡｓ）、
１７・・・コレクタ（ｎ型ＩｎＡｓ）、１８・・・サブ
コレクタ（ｎ型ＩｎＡｓ）、１９・・・絶縁層（ＡＩＧ
ａＳｂ）、２０・・・基板（ＩｎＡｓ）、２１・・・表
面保護膜（窒化膜）、勿・・・エミッタ（Ａ１）、２３
・・・ベースコンタクト金属（ＡｕＺｎ）、２４・・・
アロイ部、
２５・・・コレクタコンタクト金Ｘ（４ｕ八２６、・・
ベース（ｐ型ＩｎＡｓ）、２７−、コレクタ（Ａｕ）、
２８・・・基板（ガラス）
第１図FIG. 1 shows metal/p-type In for detailed explanation of the present invention.
Figure 2 is a diagram showing the band structure of As; Figure 2 is a diagram showing the band structure of metal lp type InAs/n type InAs for detailed explanation of the present invention; Figure 3 is a diagram showing the band structure of metal lp type InAs/n type InAs for detailed explanation of the present invention. FIG. 4 is a cross-sectional structural diagram of a bipolar transistor according to one embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a cross-sectional structural diagram of a bipolar transistor according to another embodiment of the present invention. be. 11...Surface protection film (nitride film), 12...Emitter (AI), 13...Base contact metal (AuZn
), 14... Alloy part, 15... Collector contact metal (AuGe), 16
...-Base (p-type InAs), 17... Collector (n-type InAs), 18... Sub-collector (n-type InAs), 19... Insulating layer (AIG
aSb), 20...Substrate (InAs), 21...Surface protection film (nitride film), of course...Emitter (A1), 23
...Base contact metal (AuZn), 24...
Alloy part, 25...Collector contact gold X (4u826,...
Base (p-type InAs), 27-, collector (Au),
28...Substrate (glass) Figure 1
Claims (1)
Ａｓを用い、コレクタ材料としてｎ型ＩｎＡｓまたは金
属を用いることを特徴とするバイポーラトランジスタ。Metal is used as the emitter material and p-type In as the base material.
A bipolar transistor characterized in that it uses As and n-type InAs or metal as a collector material.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1059189A JPH02189931A (en) | 1989-01-18 | 1989-01-18 | Bipolar transistor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1059189A JPH02189931A (en) | 1989-01-18 | 1989-01-18 | Bipolar transistor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02189931A true JPH02189931A (en) | 1990-07-25 |
Family
ID=11754488
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1059189A Pending JPH02189931A (en) | 1989-01-18 | 1989-01-18 | Bipolar transistor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02189931A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5340755A (en) * | 1989-09-08 | 1994-08-23 | Siemens Aktiegensellschaft | Method of making planar heterobipolar transistor having trenched isolation of the collector terminal |
| WO2001031685A3 (en) * | 1999-10-28 | 2002-01-10 | Hrl Lab | InPSb/InAs BJT DEVICE AND METHOD OF MAKING |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5511372A (en) * | 1978-07-10 | 1980-01-26 | Mitsubishi Electric Corp | Transistor |
-
1989
- 1989-01-18 JP JP1059189A patent/JPH02189931A/en active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US6482711B1 (en) | 1999-10-28 | 2002-11-19 | Hrl Laboratories, Llc | InPSb/InAs BJT device and method of making |
| US6806512B2 (en) | 1999-10-28 | 2004-10-19 | Hrl Laboratories, Llc | InPSb/InAs BJT device and method of making |
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